Stalin’in Sovyetler Birliğinde İktidara Geliş

Ao assegurar uma fonte de calor interna, foi notada a preocupação do sistema se manter controlado, com temperatura interna constante, isto não poderia ser alcançado somente utilizando a lâmpada, pois o sistema poderia superaquecer, mesmo supondo que o sistema tivesse uma temperatura auto regulável somente utilizando a fonte de calor como parâmetro, a temperatura final seria muito alta e possivelmente impraticável para a simulação estipulada. Para o controle de temperatura, foi utilizado um termostato NOVUS modelo N32TR com alimentação 110/220v mostrado na Figura 6, o termostato foi regulado para ter uma temperatura máxima de 40°C com variação de 0,2 °C.

Figura 5: Termostato NOVUS N32TR

FONTE: Autoria Própria, 2013

O termostato foi montado na superfície exterior da câmara térmica para uma melhor visualização da temperatura mostrada e seu termopar foi introduzido por um pequeno furo na parte superior da câmara. Este termopar foi então deslocado para ficar próximo a superfície interna dos protótipos de paredes quando estes estivessem em experimento, isto foi feito para que a temperatura medida fosse a mais próxima possível levando-se em consideração o ar e a superfície interna da parede, além de ficar afastada da fonte de calor para não ocorrer um erro muito grande devido à alta temperatura da lâmpada. O posicionamento interno do termopar, assim como os outros componentes da câmara térmica pronta para o experimento podem ser observados na Figura 7.

Figura 6: Câmara Térmica, Fonte de Calor, Termopar e Termostato

FONTE: Autoria Própria, 2013

A temperatura externa foi aferida a cada ciclo com um termo higrômetro S-WS8062 apresentado na Figura 8.

Figura 7: Termo Higrômetro S-SW8062

FONTE: Autoria Própria, 2013

Visto que as temperaturas dos fluidos poderiam ser confiavelmente medidas, foi necessária a utilização de outros equipamentos de medição para as paredes, foram feitas duas

medições de temperatura nas paredes em cada ciclo, uma interna com o auxílio de um termopar Instrutemp itti-1600, este que foi inserido em , onde L é a espessura da parede, o equipamento utilizado para esta medição pode ser visto na Figura 10 e suas especificações técnicas estão apresentadas na Tabela 2. Além da temperatura interna da parede, foi obtida a temperatura de sua superfície externa, esta medição foi a mais importante pois refletia também a possibilidade do material ser utilizado como uma parede termicamente confortável. Para isto foi utilizado uma câmera fotográfica infravermelha FLIR i5, mostrada nas Figuras 10,11 e 12, a câmera foi regulada para a emissividade média de madeira 0,82 segundo NBR 15220; suas especificações técnicas são apresentadas na Tabela 3, as fotografias térmicas foram tiradas durante o ciclo sempre a 4m da câmara com uma altura de aproximadamente 1,60m e focando o ponto central da parede. Apesar de não ter um controle muito preciso da posição para a fotografia, a temperatura pontual pode ser obtido posteriormente no software FLIR ThermoVision System Tools and Utilities, fornecido pelo fabricante.

Figura 8: Termopar Instrutemp itti-1600

Tabela 2 Especificações Técnicas Instrutemp itti-1600

EspecificaçõesTécnicasInstrutemp itti-1600 Column1

Display LCD Escala -30°C a 1650°C Precisão ±1,5% Emissividade 0.10 a 1.0 Coeficiente de Distancia 50:01:00 Tempo de resposta <1s Temperatura de Operaçãp -10°C a 50 °C Temperatura de Armazenamento -20°C a 50°C Umidade de Operação 10 a 90% UR Alimentação 9V Termômetro Tipo K

FONTE: Adaptado de Instrutemp.com

Figura 9: Câmera Infravermelha FLIR i5

Figura 10: Câmera Infravermelha FLIR i5, Tela LCD e botões de operação

FONTE: Autoria Própria, 2013

Figura 11: Câmera Infravermelha FLIR i5, Lente e Gatilho

Tabela 3 Especificações Técnicas FLIR i5 EspecificaçõesTécnicas FLIR i5 Column1 Resolução 100x100 pixels PixeisTotais 10,000 SensividadeTérmica <0.1°C Alcance de Operação 20°C a 250°C Precisão ± 2% ou 2°C Campo de Visão 21°x21°

Foco Livre de Foco

Detector Microbolômetronão- resfriado Tela 2.8'' LCD Colorido Frame Rate 9Hz Emissividade 0.1 a 1.0

Fonte: Adaptado de FLIR.com

As imagens geradas pela câmera podem ser livremente analisadas no software especificado, foram geradas 17 imagens por experimento, elas foram utilizadas para a obtenção da temperatura pontual da superfície externa das paredes, pode-se observar uma imagem retirada da parede HDF como exemplo na figura 12.

Figura 12: Imagem Térmica gerada pela câmera FLIR i5 - Parede HDF

FONTE: Autoria Própria, 2013

4.3 Protótipos de Paredes

Foram utilizadas quatro paredes de madeira de 76x59cm, sendo uma delas pré fabricada e as outras três confeccionadas no Laboratório de Beneficiamento de Madeira – UNESP Itapeva, os materiais utilizados foram derivados comuns de madeira, facilmente encontrados para construções e reposição, além das propriedades físico-mecânicas as paredes possuem também dimensões diferentes para cada caso e devem apresentar resultados diversos. É apresentada na Figura 13 a disposição das camadas de madeira e suas temperaturas na câmara térmica devidamente montada e pronta para uso.

Figura 13: Disposição das Paredes e Temperaturas

FONTE: Autoria Própria, 2013

Na Figura 14 é apresentado uma ilustração do conceito utilizado para montagem das paredes de HDF, MDF e OSB. A Parede de EGP não possui duas camadas de madeira, portanto exclue-se as temperaturas T3,T4, E, T5; assim como as resistências Rtk2 e Rtk3.

Figura 14: Ilustração de parede multicamadas.

FONTE: Autoria Própria, 2013

Na Tabela são mostradas as dimensões de cada parede conforme mostrado na Figura 14:

Tabela 4 Ilustração de Parde Multicamadas

A (cm) B (cm) C (cm) D (cm) E (cm) MDF 76,10 59,00 1,60 7,20 10,4 HDF 76,10 59,00 1,00 7,20 9,2 OSB 76,10 59,00 0,90 7,20 9 EGP 76,10 59,00 # 3,50

4.3.1 Divisória HDF

A primeira parede analisada é composta de duas superfícies de HDF de 9mm que possuem acabamento em Finish Foil e com o interior preenchido com uma estrutura de papelão mostrada na Figura 15, a princípio notou-se que a parede é leve, pois possui boa parte do seu interior preenchido com ar, isto faz com que teoricamente a parede tenha uma propriedade isolante fraca, porém a parede possui uma disposição estrutural que acarreta em muitas mudanças de fase para o fluxo de calor percorrer a caminho superfície-superfície, na Figura 16 pode-se perceber que o frame estrutural foi acoplado nos 4 lados da parede para

uma melhor fixação e evitar perda de calor lateral. Esta parede foi a única a ser encontrada pré-fabricada, foram feitos ajustes em suas dimensões para o experimento. A divisória HDF foi a que apresentou a menor variação de temperatura na superfície externa durante o experimento entre todos os protótipos: 1,89°C.

A Figura 15 apresenta a parede em seu modelo utilizado no experimento.

Figura 15 Parede de HDF

Figura 16: Divisória HDF – Estrutura interna

FONTE: Autoria Própria, 2013 Figura 17: Divisória HDF - Fechamento de Laterais

4.3.2 MDF

O MDF é um material muito difundido no mercado atual, substituindo muitas vezes outros painéis de madeira para diversos tipos de utilidades, foi com esse intuito que foi escolhido para o teste de conforto térmico para construções, o MDF apresenta, como

nomeado, fibras de média densidade de madeira, ele possui fácil usinabilidade e tem uma boa estabilidade dimensional. A parede de MDF foi composta por duas camas de 16mm de MDF com acabamento de Finish Foil montadas sobre um frame oco de pinus, a Figura 18 destaca as camadas de MDF e a Figura 19 mostra a parede pronta para o experimento.

Figura 18: Camadas de MDF sobre frame

Figura 19: Parede MDF

FONTE: Autoria Própria, 2013

4.3.3 OSB

A parede de OSB é um painel já utilizado para construções em woodframe e também para alguns fechamentos de forros, é conhecida por sua resistência mecânica e hoje em dia considerado como painel estrutural. O protótipo fabricado teve duas superfícies de OSB (interna e externa) de 9 mm,ela teve um frame de pinus montado para conferir estabilidade, porém o pinus foi desconsiderado nos cálculos devido a sua pequena quantidade utilizada. Pode ser visto na Figura 20 a parede com uma das suas superfícies retiradas para uma melhor visualização do interior e montagem.

Figura 20: Parede OSB Parcialmente Montada

FONTE: Autoria Própria, 2013

Também pode ser observada na Figura 21 a espessura das camadas de OSB utilizadas: Figura 21: Camadas de OSB sobre frame

FONTE: Autoria Própria, 2013

Figura 22: Parede OSB

FONTE: Autoria Própria, 2013

4.3.4 EGP

O painel de EGP foi o material de maior valor agregado utilizado neste trabalho, por ser constituída de madeira maciça esta parede não teve sua temperatura interna aferida, portanto os cálculos foram efetuados levando-se em consideração somente as temperaturas das superfícies e fluidos. Espera-se que o comportamento do EGP seja similar ao proposto para madeiras de baixa densidade na norma vigente, pois além do Pinus o painel é composto por linhas de cola para a fixação dos sarrafos de madeira, acredita-se que a cola não tenha uma grande parcela na transferência de calor do material. O protótipo de 3,5 cm de espessura pode ser observado em vista lateral na Figura 23.

Figura 23: Parede EGP

FONTE: Autoria Própria, 2013

4.4 Ciclo de Teste

Após a montagem de todos os componentes de medidas na câmara térmica e a parede em estudo ser devidamente fixada, a fonte de calor foi ligada, a primeira medida do dia deve ser levada como um período de adaptação da câmara e paredes a mudança gradual de temperatura, visto que mesmo que o experimento tenha sido realizado em sua totalidade durante o período de primavera-verão, a temperatura ambiente esteve baixa em algumas ocasiões durante o período da manhã, portanto foi observado que tanto a câmara térmica como as paredes em estudo alcançaram equilíbrio térmico já na segunda medição diária, elevando sua temperatura original em até 9°C.

O ciclo de teste foi elaborado em torno de uma jornada de 8 horas por parede, com os dados aferidos a cada 30 minutos. Foram realizadas medições sempre na mesma sequência; a temperatura ambiente foi a primeira a ser observada, logo após a temperatura interna da câmara térmica, após isto o operador deveria se distanciar 4m da câmara térmica e tirar uma

fotografia infravermelha do ponto central da parede em estudo utilizando a câmera FLIR i5. Após estes 3 passos o operador realizava a medição da temperatura interna da parede, utilizando o termopar Instrutemp itti-1600, esta medida com o termopar foi sempre executada com gatilho ativado por 3 segundos, pois foi observado que a temperatura sempre diminuiu ao longo do tempo de medida, como não foi estabelecido uma diminuição linear de temperatura, foi então decidido que a medição com o termopar deveria ser rápida, foi estimado um tempo de 3 segundos para que o alinhamento da pistola e o termopar fosse alcançado e o valor registrado.

A parede a de EGP teve um ciclo de teste diferente, pois ests possuía somente uma camada, portanto sua temperatura interna não foi aferida.

5 Apresentação de Resultados e Análises

Foram realizadas 255 medições de temperatura ao longo deste trabalho para a verificação do comportamento térmico das paredes, as temperaturas obtidas foram relacionadas com as suas devidas formas de transferência de calor, ou seja, foram consideradas para cálculos de transferências de calor por condução somente as temperaturas que possuíam relação direta de superfícies interna e externa. Foram utilizadas as propriedades físicas coeficiente de condução apresentas na Tabela 1.

Os dados obtidos foram compilados para a obtenção teórica da distribuição das temperaturas da superfície que não teve suas medidas, foi calculada então a temperatura T4 para cada parede, excluindo a parede de EGP por não possuir a medida de temperatura pelo termopar. O termopar foi utilizado para a medição do ar entre duas superfícies internas e a superfície mais próxima da fonte de calor também não teve sua temperatura experimentalmente obtida.

Para este trabalho foi considerado que não houve incidência solar e nenhuma outra forma de energia externa que pudesse ter magnitude para causar uma interferência no processo, foi considerado também que o material idealmente não acumularia qualquer porção de energia gerada, ou seja, toda a energia seria dissipada durante o experimento. Portanto segundo Equação (4), Ein e Eac podem ser considerados nulos em uma visão geral do experimento.

O problema foi resolvido partindo do ponto externo, pois as temperaturas do ambiente e superfície externa eram conhecidas, assim como os valores tabelados de suas constantes. A partir do momento que o balanço de energia foi considerado como que Eg era igual à Eout, conforme utilização da Equação 4:

 =  

Foi considera que o fluxo de energia condutiva é a soma das energias perdidas, esta que se refere a parcela convectiva de energia e a resistência térmica total, segundo relação das Equações 1 e 2:

 ₌ ,,

 _{= (},− ,)

(+ + + + )

 (12)

Onde:

T∞,1 = Temperatura do ar no interior da câmara (K)

T∞,2 = Temperatura do ar ambiente (K)

Rtcx = Resistência Térmica Convectiva da região X (°C.m/W) Rtkx = Resistência Térmica Condutiva da região X (°C.m/W)

A equação (1) foi rearranjada de forma a se isolar uma das temperaturas em questão:

(13) Onde:

T1 = Temperatura da parede interna (K) T2 = Temperatura da parede externa (K) L = Espessura da parede (m)

k = Coeficiente de transferência de calor por condução (W/m.K)

Ao relacionar as equações (1) e (12), pode-se então obter o valor de T2,. Utilizando o valor de temperatura encontrado, foi necessária a análise da próxima etapa da transferência de calor, o novo ambiente em estudo seria o interior da parede onde a temperatura do ar ambiente corresponde as medidas de temperatura do termopar, para isto foi considerado que o ar está estagnado, isto significa que a transferência térmica nesta região se comporta de forma condutiva, portanto T3 e T5 puderam ser obtidas utilizando as equações (12) e (13).